Способ очистки газов от фтористого водорода и диоксида серы

 

Изобретение относится к области мокрой очистки газов от кислых компонентов и может быть использовано для очистки газов химии, в частности печных газов криолитового производства, газов, образующихся при варке флюсов, стеклокрошки, спецстекла. Изобретение позволяет провести высокоэффективную и селективную очистку отходящих газов, удешевить процесс за счет снижения расхода реагентов и получения регенерируемого отработанного раствора. Сущность изобретения состоит в том, что очистку газов осуществляют путем их охлаждения и пылеотделения, промывки водой в режиме противотока и каскаде последовательно установленных абсорберов с получением плавиковой кислоты с последующей подачей газа на санитарную очистку от фтористого водорода в абсорбер, где в качестве поглотителя используют техническую воду в количестве 1 л на 80-160 л газа, отработанную воду используют в качестве поглотителя на стадии получения плавиковой кислоты, а газ подвергают обработке 5-10%-ным раствором углекислого натрия в количестве 1 л раствора на 520-1000 л очищаемого газа. Отработанный раствор регенерируют известными способами. Эффективность очистки газа от фтористого водорода составляет 92-99%, от диоксида серы - 95-99%. 2 табл.

Изобретение относится к области мокрой очистки газов от кислых компонентов и может быть использовано для очистки газов химии, в частности печных газов криолитового производства, газов, образующихся при варке флюсов, стеклокрошки, спецстекла.

Известен способ очистки фторсодержащих газов от диоксида серы, включающий охлаждение отходящих газов, отделение их от пыли с последующей очисткой ступенчатой абсорбцией, причем на первой ступени газы очищают преимущественно от фтористого водорода на второй от диоксида серы, на третьей - окончательная очистка газов. В качестве абсорбционного раствора используют раствор известкового молока [1] Известный способ позволяет очистить фторосодержащие газы при невысоком содержании в очищаемом газе сернистого ангидрида (до 100 мг/нм³). В случае повышенных концентраций диоксида серы газоочистная установка будет работать ненадежно из-за отложений сульфата кальция на внутренних поверхностях массообменных аппаратов, трубопроводов, запорной аппаратуры.

Известен способ очистки газов от кислых соединений серых фтора и фосфора абсорбцией 5-10%-ным раствором адипиновокислого натрия с последующей регенерацией отработанного раствора известью в количестве, эквивалентном количеству уловленных компонентов [2] Известный способ позволяет провести очистку фторосодержащих газов с высоким содержанием диоксида серы (до 1350 мг/нм³) с эффективностью очистки от диоксида серы 85-90% эффективность очистки от фтористого водорода 95-96% кроме того, получаемый при этом отработанный раствор легко регенерируется. Однако применение предлагаемого способа предполагает использование дорогостоящего и малодоступного в больших объемах адипиновокислого натрия, при этом обеспечивается недостаточная степень очистки газов от диоксида серы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки газов от фтористого водорода и диоксида серы, включающий абсорбцию предварительно охлажденных и отделенных от пыли отходящих газов 5-10%-ным водным раствором соды (Na₂CO₃) или щелочи (NaOH) с последующей нейтрализацией отработанных в системе газоочистки растворов известковым молоком и выводом соединений фтора в форме фторида кальция [3] Известный способ может быть применен для очистки отходящих газов, содержащих фтористый водород, пыль, сернистый ангидрид.

Однако в случае высокого содержания ангидрида серы, значительно увеличивается расход серы, которая идет на связывание сернистого ангидрида с образованием нерегенерируемого гидросульфита натрия. Это значительно повышает стоимость очистки и усложняет процесс регенерации.

Технической задачей изобретения является высокоэффективная и селективная очистка отходящих газов от фтористого водорода и диоксида серы, удешевление процесса за счет обеспечения возможности получения регенерируемого отработанного раствора и снижения расхода реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что способ очистки газов от фтористого водорода и диоксида серы включает охлаждение отходящих газов и их пылеотделение, получение плавиковой кислоты путем промывки газов водой в системе последовательно установленных абсорберов в режиме противотока, с последующей подачей газа на санитарную очистку от фтористого водорода в абсорбер, где в качестве поглотителя используют техническую воду в количестве 1 л на 80-160 л газа, отработанную воду используют в качестве поглотителя на стадии получения плавиковой кислоты, а газ подвергают обработке 5-10%-ным раствором углекислого натрия в количестве 1 л раствора на 520-1000 л очищаемого газа, с последующей утилизацией отработанного раствора.

Сравнение предлагаемого технологического решения с прототипом позволяет выявить следующие отличительные признаки: абсорбционная очистка отходящих газов водой в количестве 80-160 л газа; абсорбционная очистка газов от диоксида серы 5-10%-ным раствором углекислого натрия в заявляемом количественном соотношении, т.е. 1 л раствора на 520-1000 л газа.

Заявляемые условия проведения очистки отходящих газов от фтористого водорода водой в количестве 1 л воды на 80-160 л газа позволяет обеспечить максимальное поглощение фтористого водорода (эффективность очистки 98-99%) при минимальной абсорбции диоксида серы (содержание в растворе всех форм серы в пересчете на SO₂ не превышает 2-3 г/л). Это позволяет использовать отработанный поглотитель в качестве абсорбента фтористого водорода на cтадии получения плавиковой кислоты. Если условия абсорбции не соответствуют заявляемым значениям, то при пропускании потока газа меньше 80 л на 1 л воды, степень насыщения абсорбента фтористым водородом недостаточна, т.е. не обеспечиваются условия максимальной эффективности очистки от фтористого водорода, а при пропускании газа в объеме превышающем 160 л на 1 л воды, диоксид серы выделяется в рабочую зону, а поглотитель крое фтористого водорода содержит значительное количество соединений серы, загрязняющих товарный продукт плавиковую кислоту. Кроме того, заявляемые режимы абсорбционной очистки газов позволяют обеспечить замкнутый цикл водопотребления.

Условия абсорбционной очистки газов на второй стадии очистки позволяют максимально извлечь диоксид серы (эффективность 95-99%) при минимальном расходе поглотителя (водного раствора углекислого натрия) с получением регенерируемого отработанного раствора, т.к. заявляемое соотношение углекислого натрия и газа позволяет получить в отработанном растворе преимущественно сульфит натрия. Содержание в растворе нерегенерируемого гидросульфита натрия незначительно. Отходящие газы, очищенные от фтористого водорода на первой стадии процесса, содержат значительное количество диоксида серы (20-40 г/м³) и углекислого газа (98-130 г/м³). При обработке газов содой в заявляемом соотношении, последняя расходуется преимущественно на связывание диоксида серы, взаимодействие соды с углекислым газом в данных условиях практически не происходит, т. е. заявляемые условия обеспечивают минимальный расход поглотителя.

Таким образом заявляемая совокупность существенных признаков предлагаемого способа очистки газов позволяет достичь эффективной и селективной очистки газов от фтористого водорода и диоксида серы, удешевить процесс очистки за счет сокращения расхода содового раствора и получения регенерируемого отработанного раствора.

В известных источниках информации, не обнаружены данные об известности заявляемой совокупности признаков и достигаемого при этом результата.

Все выше изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом.

В барабанную печь Полевского криолитового завода подают плавиковый шпат (CaF₂) и серную кислоту (H₂SO₄). Систему разогревают дымовым газом и спекают при температуре 1000^oC.

Выбросные газы печного цеха поступают в промывочный аппарат для охлаждения и пылеотделения. Отходящие газы печного цеха имеют следующий состав, г/м³: Фтористый водород 0,02-0,10 Диоксид серы 20-40 Двуокись углерода 98-130 Окись углерода 18-50
Водород 0,20-0,50
Сумма органических веществ по углероду 20-40
Охлажденный до температуры 60^oC газ промывают водой в противоточном режиме в отделении производства плавиковой кислоты в каскаде последовательно соединенных между собой четырех пенных или тарельчатых абсорберов. Полученную плавиковую кислоту с концентрацией 40% выводят из системы, а газ подают на доочистку от фтористого водорода в санитарную башню надосадочного типа, где в качестве поглотителя используют техническую воду в количестве 1л воды на 80-160л газа. В качестве технической воды может быть использована отработанная и нейтрализованная вода из систем охлаждения, вода, поступающая с водозабора. Отработанную техническую воду используют в качестве абсорбента в отделении производства плавиковой кислоты, а газ поступает на абсорбционную очистку от диоксида серы в аппарат ударно-инерционного действия (УИПК) или трубу Вентури, где в качестве поглотителя используют 5-10%-ный раствор углекислого натрия (Na₂CO₃) в количестве 1 л раствора на 520- 1000 л газа.

Очищенный газ с содержанием HF 9 мг/м³, SO₂ 5 г/м³ выбрасывают в атмосферу, а отработанный раствор с содержанием г/л Na₂SO₃ 60, Na₂SO₄ 3-4, Na₂HSO₃ 2-5, NaHCO₃ 1-2, NaF 0,05, утилизируют с получением щелочи (NaOH), которая повторно может быть использована для очистки.

Пример 1 (стендовое опробирование стадии абсорбционной доочистки газов от HF).

Экспериментальная установка по поглощению HF и SO₂ из выбросных газов печного цеха в насадочной противоточной колонке с однократным использованием поглотителя состоит из заборной трубки, соединенной с насадочной колонкой и двумя контрольными поглотителями, насадочная колонка снабжена двумя патрубками для входа и выхода газа и соединена с емкостью для подачи орошающего раствора и емкостью для сбора отработанных растворов, на выходе насадочной колонки и контрольных поглотителей установлены приборы для измерения объема газа. В качестве поглотителя используют дистиллированную воду с рН 5,4, Т 25^oC, V_H2O 250 мл, Тгаза 55-70^oC. Данные приведены в табл. 1.

Пример 2 (стендовое опробирование стадии абсорбционной очистки газов от диоксида серы).

Экспериментальная установка по поглощению SO₂ из выбросных газов печного цеха в барботажном режиме абсорбции состоит из заборной трубки, соединенной с барботажным (непроточным) абсорбером и двумя контрольными поглотителями, барботажный абсорбер снабжен двумя трубками патрубками для входа газа на выходе абсорбера и контрольных поглотителей установлены приборы для измерения объема газа. В качестве поглотителя используют 5-10%-ный раствор углекислого натрия (Na₂CO₃). Данные приведены в табл. 2.

Как видно из представленных в табл. 1 данных,очистка газов от фтористого водорода с использованием в качестве поглотителя технической воды в количестве 1л на 80-160л отходящего газа обеспечивает эффективность очистки 92-99%
Использование поглотителя в количестве, отличном от заявленного интервала, приводит к тому, что либо в рабочей зоне появляется недопустимое количество диоксида серы, либо эффективность очистки HF недостаточно высока.

Данные, предоставленные в табл. 2 показывают, что эффективность очистки отходящих газов от диоксида серы при использовании 5-10% ного содового раствора в количестве 1л раствора на 520-1000л газа достигает 95-99%
Использование поглотителя в количестве больше заявленного значения не приводит к увеличению эффективности очистки, но при этом существенно увеличивается расход соды за счет образования гидрокарбоната натрия ( NaHCO₃). Уменьшение количества содового раствора ниже заявленного значения приводит к понижению эффективности очистки газов от диоксида серы.

Формула изобретения

Способ очистки отходящих газов от фтористого водорода и диоксида серы, включающий охлаждение газов, отделение пыли и абсорбцию 5 10%-ным водным раствором углекислого натрия, отличающийся тем, что отходящие газы перед стадией абсорбции промывают сначала водой в системе последовательно установленных абсорберов в режиме противотока с получением плавиковой кислоты с последующей промывкой технической водой в количестве 1 л на 80 160 л газа, которую используют на стадии промывки, при этом абсорбцию ведут раствором углекислого натрия в количестве 1 л раствора на 520 1000 л газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2